鋁合金壓鑄模具鋼或其模具的離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處理方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種鋁合金壓鑄模具鋼（或其模具）表面離子滲氮及低壓氧化復(fù)合處理工藝，屬于金屬表面改性技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特點是將離子滲氮與低壓氧化工藝結(jié)合，將其應(yīng)用到鋁合金壓鑄模具之后，可以顯著提高模具表面硬度，并降低其表面脆性，避免模具表面滲氮之后發(fā)生剝落，極大的提高模具抗鋁熱熔損性能。本發(fā)明要點是：將模具鋼放在輝光離子滲氮爐中進行離子滲氮處理；采用在氬氣氣氛下升溫，當模具鋼溫度達到500℃?550℃時保溫；保溫過程中工藝參數(shù)為：氨氣100?300ml/min、氬氣100?300ml/min、壓力200?400Pa，時間2?4h，隨后關(guān)閉氨氣和氬氣并通入空氣進行低壓氧化，空氣流量為100?300ml/min，壓力100?300Pa，保溫2?4h，復(fù)合處理結(jié)束之后模具表面兼具滲氮層和氧化膜，如圖5所示。
【專利說明】
鋁合金壓鑄模具鋼或其模具的離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處理 方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種鋁合金壓鑄模具鋼(或其模具)表面離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處 理工藝方法，屬于金屬表面改性技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的不斷發(fā)展，現(xiàn)代制造業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，鋁合金產(chǎn)品制造也不斷增 多，隨著人們生活物質(zhì)水平的不斷提高，對鋁合金產(chǎn)品的需求量也不斷增加，因此對鋁合金 壓鑄模具的要求也日益提高，提高鋁合金壓鑄模具使用壽命勢在必行。
[0003] 鋁合金壓鑄模具在服役過程中反復(fù)地受到高溫熔融狀態(tài)合金的沖刷和腐蝕，并承 受周期性的交變熱應(yīng)力作用，使得模具型腔表面產(chǎn)生熱熔損、熱疲勞而失效。熱熔損是鋁合 金壓鑄模具鋼最常見的失效形式之一，適當?shù)谋砻嫣幚砑夹g(shù)能避免熔融鋁合金熔液與模具 直接接觸，從而提高模具的抗鋁熱熔損性能。
[0004] 表面處理技術(shù)主要是通過施加各種覆蓋或者采用機械、物理、化學(xué)等方法來改變 材料表面形貌、化學(xué)成分、相組成、微觀結(jié)構(gòu)、缺陷狀態(tài)或應(yīng)力狀態(tài)，從而提高材料抵御環(huán)境 作用的能力。各種表面處理方法中離子滲氮在熱作模具中應(yīng)用較為廣泛，對于壓鑄模具采 用軟氮化，可以有效提高模具表面硬度，延長模具壽命。但是經(jīng)離子滲氮處理后的模具表面 硬度較高，容易發(fā)生剝落，而氧化處理不僅能適當降低模具表面滲氮層脆性，而且可以有效 地抵御鋁合金熔液對模具基體材料的沖刷。閔永安等人研究發(fā)現(xiàn)，蒸氣氧化可以顯著提高 壓鑄模的抗鋁熱熔損性能。但是在離子滲氮爐中進行蒸氣氧化較難實現(xiàn)，而在高溫下對模 具進行空氣氧化同樣也可以形成以Fe 304為主及少量Fe203的氧化膜。為了更好的實現(xiàn)離子 滲氮與表面氧化處理技術(shù)的復(fù)合處理工藝，本發(fā)明開發(fā)出了一種鋁合金壓鑄模具鋼(或其 模具)離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處理工藝。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 現(xiàn)如今行業(yè)里一般采用氣體滲氮與氧化處理相結(jié)合的處理工藝，但是氣體滲氮時 間較長，效率較低，而本發(fā)明改善了常規(guī)氣體滲氮處理表面硬而脆、容易脫落的缺點。本發(fā) 明的目的是提高一種新型的離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處理工藝，將其應(yīng)用到鋁合金壓鑄模 具之后，可以顯著提高模具表面硬度，并降低其表面脆性，避免模具表面滲氮之后發(fā)生剝 落，極大的提高模具抗鋁熱熔損性能，以此來提高模具使用壽命。
[0006] 為達到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。
[0007] 本發(fā)明鋁合金壓鑄模具鋼(或其模具）的離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處理工藝方法， 其特征在于具有如下的過程和步驟： a、 用丙酮對鋁合金壓鑄模具進行清洗，并用螺栓等零件將模具上所有盲孔和螺紋孔堵?。?b、 將模具放在輝光離子氮化爐中進行離子滲氮處理;采用在氬氣氣氛下進行升溫，當 模具溫度達到500°C-550°C時進行保溫;保溫過程中工藝參數(shù)為氨氣 ：100-300ml/min、氬氣 100-300ml/min、壓力200-400Pa，保溫時間2-4h，隨后關(guān)閉氨氣和氬氣并通入空氣進行低壓 氧化，空氣流量為100-300ml/min，壓力100-300Pa，保溫2-4h; c、將模具在l〇-2〇〇Pa低壓環(huán)境中自然冷卻到100°C_150°C以后出爐。
[0008] 本發(fā)明的構(gòu)思： 通過離子滲氮代替氣體滲氮，同時將后續(xù)氧化過程設(shè)置在低壓環(huán)境中進行。由于鋁合 金壓鑄模具型腔一般比較復(fù)雜，且模具體積較大，因此在離子滲氮升溫過程中容易出現(xiàn)局 部先到溫的現(xiàn)象，本發(fā)明采用將升溫的氣體氛圍設(shè)置為氬氣，可以有效避免局部先到溫部 位滲氮時間過長的現(xiàn)象，同時控制好滲氮過程中的氣體比例，已保證模具各部位滲氮時間 相同，形成無白亮層且滲層深度合理的滲氮層。隨后通過在低壓環(huán)境下通入一定量的空氣， 在滲氮溫度對模具進行氧化處理，在模具表面形成一層致密的氧化膜，不僅可以在保證模 具表面足夠硬度的同時降低模具表面滲氮層脆性，而且能夠極大的提高模具抗鋁熱熔損性 能，從而提尚t旲具使用壽命。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下突出的實質(zhì)性特點和優(yōu)點： 本發(fā)明采用將離子滲氮與氧化處理工藝結(jié)合，取代傳統(tǒng)的氣體滲氮及氧化處理工藝， 大大縮短了處理時間，提高生產(chǎn)效率并節(jié)約成本。與常規(guī)氧化處理相比，本方法不用降低氧 化溫度，可以直接在滲氮結(jié)束之后進行氧化處理，并且氧化處理使用空氣，不僅方便且無需 成本，處理完成之后模具可在低壓環(huán)境中自然冷卻，出爐之后表面顏色均勻一致。本發(fā)明處 理之后模具表面滲氮層深度為60-80um，表面硬度為700-900HV，保證模具表面有足夠的硬 度，同時低壓氧化之后，模具表面形成一層以Fe 304為主及少量Fe203的氧化膜，這種氧化膜 能夠很大的提高模具抗鋁熱熔損性能，同時降低模具表面脆性，避免模具表面發(fā)生剝落。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明中離子滲氮與低壓氧化處理后試樣表面形貌。
[0011] 圖2為本發(fā)明中離子滲氮與低壓氧化處理后試樣表面物相分析。
[0012] 圖3為本發(fā)明中離子滲氮與低壓氧化處理后試樣：（a)橫截面滲氮層金相；（b)氧 化膜。
[0013] 圖4為本發(fā)明中離子滲氮與低壓氧化處理后試樣橫截面顯微硬度梯度。
【具體實施方式】
[0014] 現(xiàn)將本發(fā)明的具體實施例敘述于后。
[0015] 實施例1 本實施例中采用Dievar鋼這種常用的鋁合金壓鑄模具鋼進行試驗，其成分如表1所示：
本實施例的具體步驟如下： 1、對Dievar鋼進行熱處理。具體工藝為在1020-1050 °C條件下進行淬火，通過三次回火 后，其硬度都調(diào)整到45~47HRC; 2、 取上述熱處理后的Dievar鋼制成試樣或模具，進行表面研磨、拋光、超聲波清洗； 3、 將模具放在輝光離子氮化爐中進行離子滲氮處理，采用在氬氣氣氛下進行升溫，當 模具溫度達到530°C -540 °C時進行保溫，保溫過程中工藝參數(shù)為氨氣：100-300ml/min、氬氣 100-300ml/min、壓力200-400Pa，保溫時間2-4h，隨后關(guān)閉氨氣和氬氣并通入空氣進行低壓 氧化，空氣流量為100-300ml/min，壓力100-300Pa，保溫2-4h。
[0016] 4、將試樣在10_200Pa低壓環(huán)境中自然冷卻，處理之后試樣表面為黑色，如圖1所 不。
[0017] 對本實施例的試樣所做的各項檢測： a、 對離子滲氮及低壓氧化處理后的試樣進行XRD檢測，物相分析結(jié)果如圖2所示； b、 對離子滲氮及低壓氧化處理后的試樣進行橫截面金相分析，發(fā)現(xiàn)Dievar鋼表面形成 了滲氮層和氧化膜，金相照片如圖3所示； c、 用顯微硬度計對離子滲氮及低壓氧化處理后的試樣進行截面硬度梯度檢測，從距離 處理表面l〇um處開始每隔20um打一點進行檢測，發(fā)現(xiàn)模具表面硬度為700-900HV，滲氮層厚 度為60-80um，如圖4所示。
【主權(quán)項】
1. 一種鋁合金壓鑄模具鋼(或其模具）的離子滲氮與低壓氧化復(fù)合處理工藝方法，其特 征在于具有如下的過程和步驟： a、 用丙酮對鋁合金壓鑄模具進行清洗，然后用螺栓等零件將模具上所有盲孔和螺紋孔 堵住； b、 將模具放在輝光離子氮化爐中進行離子滲氮處理;采用在氬氣氣氛下進行升溫，當 模具溫度達到500°(：-550°(：時進行保溫;保溫過程中工藝參數(shù)為氨氣 ：100-3001111/1^11、氬氣 100-300ml/min、壓力200-400Pa，保溫時間2-4h，隨后關(guān)閉氨氣和氬氣并通入空氣進行低壓 氧化，空氣流量為100-300ml/min，壓力100-300Pa，保溫2-4h; c、 將模具在l〇-2〇〇Pa低壓環(huán)境中自然冷卻到100°C_150°C以后出爐。
【文檔編號】C23C8/34GK105908120SQ201610175612
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年3月26日
【發(fā)明人】吳曉春, 王明, 黃文明, 吳博雅
【申請人】上海大學(xué)